隧道施工地质灾害预警与防控智能决策方法及辅助平台技术

本发明专利技术涉及隧道施工地质灾害预警与防控智能决策方法及辅助平台，属于监督或预测目的的数据处理系统或方法。所述决策方法包括采集隧道数据、识别不良地质、三维地质建模、灾害监测预警和灾害防控决策，辅助平台包括应用层、数据层、辅助层和展示层。数据层包括数据接入模块、数据存储模块和数据管理模块；辅助层包括用户管理模块、安全管理模块、日志管理模块和帮助反馈模块。本发明专利技术公开的隧道施工地质灾害预警与防控智能决策方法及辅助平台，通过使用大数据结合实际场景中采集的数据，对可能发生或者潜在的隧道施工地质灾害进行预警，用以及时、准确、智能地提供防控对策。智能地提供防控对策。

【技术实现步骤摘要】
隧道施工地质灾害预警与防控智能决策方法及辅助平台


[0001]本专利技术涉及地质灾害预警与防控
，尤其是涉及隧道施工地质灾害预警与防控智能决策方法及辅助平台。

技术介绍

[0002]隧道施工地质灾害的发生会引起机械设施破坏、作业人员伤亡，严重影响工程进度，造成建设成本的增加。为了降低施工地质灾害的影响，必须进行有效的灾害预警与防控。
[0003]在工程应用中，《铁路隧道设计规范》（TB 10003
‑
2016）、《高速铁路隧道工程施工技术规程》（Q/CR 9406
‑
2015）及《铁路隧道工程施工安全技术规程》（TB 10304
‑
2020）对特殊岩土和不良地质隧道的施工措施进行了规范，为单一类型不良地质高风险区的施工提供指导。学者和技术专家基于大量的工程案例，对隧道内发生突水突泥、塌方等灾害的成因分析、风险评估与防控措施开展了大量的研究，形成了一些重要的认识。在灾害防控智能决策方面，谢肖坤与黄亚华分别针对突涌水灾害与塌方灾害的施工处置开展了研究。
[0004]但是，在复杂地质条件下，隧道施工地质灾害受到多种灾害源的耦合作用，灾变演化机制极其复杂，灾害防控对策相关的原则、措施、时机、材料、装备、工序等要素与灾害发生的工程地质、水文地质条件以及灾害类型、位置、规模、形态、性质等特征密切相关，基于既往经验或标准规范的防控决策具有较大的不确定性与盲目性。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供隧道施工地质灾害预警与防控智能决策方法及辅助平台，通过使用大数据结合实际场景中采集的数据，对可能发生或者潜在的隧道施工地质灾害进行预警，用以及时、准确、智能地提供防控对策。
[0006]本专利技术的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：第一方面，本专利技术提供了隧道施工地质灾害预警与防控智能决策方法，其特征在于，包括：采集隧道数据，包括隧道概况、地质勘察数据和超前预报数据；识别不良地质，基于地质勘察与超前预报提供的不同尺度或精度探测结果，通过多源信息融合技术综合识别隧道所处不良地质环境，明确灾害源的类型、位置、规模、性质；三维地质建模，基于隧道工程地质、水文地质条件以及不良地质分布情况，应用多尺度地质模型理论、多尺度拓扑重构技术构建精细化的三维地质模型；灾害监测预警，基于前序步骤获得的不良地质重点区段灾害源分布情况，开展灾害实时监测，通过灾变诊断、风险评估、预警发布实现临灾及时预警；灾害防控决策，建立灾害防控智能决策知识图谱，形成灾害防控智能认知体系，基于距离相似度衡量防灾对策与特定灾害的关联程度，根据灾害特征智能推荐多种防灾对策。
[0007]在本专利技术的一种可能的实现方式中，还包括：针对不良地质重点区段，基于三维地质模型与灾害防控智能决策，开展信息化施工设计；三维地质模型以可视化的方式提供隧道所处地质环境，灾害防控智能决策提供针对特定特征灾害所应采取的防控对策；综合三维地质模型与防控对策，自动生成隧道施工地质灾害防控施工方案。
[0008]在本专利技术的一种可能的实现方式中，灾害监测预警还包括：基于灾害长时监测获取的海量数据，在数据预处理去除噪声及虚假信息后，应用灾变特征诊断技术，挖掘监测变量时变规律所反映出的异常响应，构建多类型灾害与信息响应之间的内在联系，剖析灾害演化状态与前兆规律的关联关系；构建有效信息判识挖掘和不确定性信息时空推演模型，建立隧道施工地质灾害风险评估指标体系，识别出隧道施工中可能出现的灾害特征；灾害特征包括隧道施工地质灾害类型、位置、规模、形态、性质、演化阶段、发生概率、风险等级。
[0009]在本专利技术的一种可能的实现方式中，还包括：基于既有的专家知识与大量灾害防控案例，构建灾害防控知识体系与术语词典，经过知识建模、存储、抽取、融合、计算等步骤建立灾害防控智能决策知识图谱模型，形成灾害防控智能认知体系，挖掘防控对策与灾害特征之间潜在的关联关系；通过知识图谱模型动态学习，更新完善智能认知体系；基于距离相似度等变量衡量防灾对策与特定灾害的关联程度，根据灾害类型、位置、规模、形态、性质、演化阶段等特征，智能地按照优先顺序推荐多种防控对策。
[0010]第二方面，本专利技术提供了隧道施工地质灾害预警与防控智能决策辅助平台，包括：应用层，包括超前预报数据解译模块、不良地质智能判识模块、三维地质精细建模模块、防控施工智能设计模块、灾变诊断模块、预警响应模块、智能分析模块和智能决策模块；数据层，包括数据接入模块、数据存储模块和数据管理模块；辅助层，包括用户管理模块、安全管理模块、日志管理模块和帮助反馈模块；展示层，包括隧道位置平面展示模块、隧道基本信息列表展示模块、超前预报原始数据展示模块、监测数据实时展示模块、三维地质模型模块和防灾效果动态展示模块。
[0011]在本专利技术的一种可能的实现方式中，数据接入模块的相关数据的来源包括勘察设计、超前预报、施工监测和防控施工，数据类型包括隧道概况、地质勘察、超前预报、施工监测与灾害防控；隧道概况提供隧道工程的基本信息和设计情况，数据格式表现为结构化表或者报告文本；地质勘察提供隧道沿线宏观的工程地质、水文地质条件，数据格式表现为原始勘察数据、成果数据、报告文本和图片影像；超前预报采用地质调查、物探、钻探、平导等方法获取隧道重点区段详细的工程地质和水文地质情况，数据格式表现为原始预报数据、成果解译数据、结论报告文本和现场图片影像；
施工监测通过各种类型传感器获取隧道围岩及结构的动态变化信息，数据格式表现为原始数据、灾变诊断数据、结论报告文本和现场图片影像；灾害防控提供应对不同类型、性质灾害采取的施工措施和工序参数及防控效果，数据格式表现为防控方案报告、效果评估报告及现场图片影像；对于数据处理包括：建立标准化的统一数据接口，进行必要的数据校验、格式转换、数据治理、权限控制，并对不同来源不同类型数据进行针对性的预处理，再存储入库；设置两类数据接入模式，包括离线加载与实时传输；数据存储包括多模态数据统一映射数据结构，能够存储包括二进制数据、时间序列、结构化数据表、文档、图像和视频；通过建立标准化存储架构，利用关系型数据库存储结构化数据，利用分布式对象存储服务存储非结构化数据文件，利用图数据库存储防控决策知识图谱模型包括实体、属性和关系；同一个隧道工区相关的不同来源数据分批次接入系统，需要进行统一的数据管理；建一个高效的语义索引模型，提供面向语义的快速共享交互与高效跨模态查询，实现数据集成融合、动态关联、时空检索标准化管理；根据不同用户类型设置不同的数据权限，进行必要的增删改查、编辑与导出。
[0012]在本专利技术的一种可能的实现方式中，不良地质智能判识模块包括：基于隧道沿线勘察设计资料，结合隧道施工现场揭露情况，对重点区段应用各种技术开展隧道超前地质预报，不同超前预报技术对隧道工作面前方的地质情况提供不同尺度或精度的探测结果，进一步通过多源信息融合的智能判识，明确灾害源的基本信息，基本信息包括类型、位置、规模。
[0013]在本专利技术的一种可能的实现方式中，三维地质精细建模模块包括：基于地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.隧道施工地质灾害预警与防控智能决策方法，其特征在于，包括：采集隧道数据，包括隧道概况、地质勘察数据和超前预报数据；识别不良地质，基于地质勘察与超前预报提供的不同尺度或精度探测结果，通过多源信息融合技术综合识别隧道所处不良地质环境，明确灾害源的类型、位置、规模、性质；三维地质建模，基于隧道工程地质、水文地质条件以及不良地质分布情况，应用多尺度地质模型理论、多尺度拓扑重构技术构建精细化的三维地质模型；灾害监测预警，基于前序步骤获得的不良地质重点区段灾害源分布情况，开展灾害实时监测，通过灾变诊断、风险评估、预警发布实现临灾及时预警；灾害防控决策，建立灾害防控智能决策知识图谱，形成灾害防控智能认知体系，基于距离相似度衡量防灾对策与特定灾害的关联程度，根据灾害特征智能推荐多种防灾对策。2.根据权利要求1所述的隧道施工地质灾害预警与防控智能决策方法，其特征在于，还包括：针对不良地质重点区段，基于三维地质模型与灾害防控智能决策，开展信息化施工设计；三维地质模型以可视化的方式提供隧道所处地质环境，灾害防控智能决策提供针对特定特征灾害所应采取的防控对策；综合三维地质模型与防控对策，自动生成隧道施工地质灾害防控施工方案。3.根据权利要求1所述的隧道施工地质灾害预警与防控智能决策方法，其特征在于，灾害监测预警还包括：基于灾害长时监测获取的海量数据，在数据预处理去除噪声及虚假信息后，应用灾变特征诊断技术，挖掘监测变量时变规律所反映出的异常响应，构建多类型灾害与信息响应之间的内在联系，剖析灾害演化状态与前兆规律的关联关系；构建有效信息判识挖掘和不确定性信息时空推演模型，建立隧道施工地质灾害风险评估指标体系，识别出隧道施工中可能出现的灾害特征；灾害特征包括隧道施工地质灾害类型、位置、规模、形态、性质、演化阶段、发生概率、风险等级。4.根据权利要求1所述的隧道施工地质灾害预警与防控智能决策方法，其特征在于，还包括：基于既有的专家知识与大量灾害防控案例，构建灾害防控知识体系与术语词典，经过知识建模、存储、抽取、融合、计算等步骤建立灾害防控智能决策知识图谱模型，形成灾害防控智能认知体系，挖掘防控对策与灾害特征之间潜在的关联关系；通过知识图谱模型动态学习，更新完善智能认知体系；基于距离相似度等变量衡量防灾对策与特定灾害的关联程度，根据灾害类型、位置、规模、形态、性质、演化阶段等特征，智能地按照优先顺序推荐多种防控对策。5.隧道施工地质灾害预警与防控智能决策辅助平台，其特征在于，包括：应用层，包括超前预报数据解译模块、不良地质智能判识模块、三维地质精细建模模块、防控施工智能设计模块、灾变诊断模块、预警响应模块、智能分析模块和智能决策模块；数据层，包括数据接入模块、数据存储模块和数据管理模块；辅助层，包括用户管理模块、安全管理模块、日志管理模块和帮助反馈模块；
展示层，包括隧道位置平面展示模块、隧道基本信息列表展示模块、超前预报原始数据展示模块、监测数据实时展示模块、三维地质模型模块和防灾效果动态展示模块。6.根据权利要求5所述的隧道施工地质灾害预警与防控智能决策辅助平台，其特征在于，数据接入模块的相关数据的来源包括勘察设计、超前预报、施工监测和防控施工，数据类型包括隧道概况、地质勘察、超前预报、施工监测与灾害防控；隧道概况提供隧道工程的基本信息和设计情况，数据格式表现为结构化表或者报告文本；地质勘察提供隧道沿线宏观的工程地质、水文地质条件，数据格式表现为原始勘察数据、成果数据、报告文本和图片影像；超前预报采用地质调查、物探、钻探、平导等方法获取隧道重点区段详细的工程...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵勇，安哲立，袁振宇，马伟斌，韩自力，田四明，王勇，朱廷宇，成帅，李林超，邹文浩，张金龙，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司中国国家铁路集团有限公司，
类型：发明
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